Energiebereitstellung

Phosphagene und die Resynthetisierung

Die Skelettmuskulatur verfügt über zwei Energiespeicher, die auch als Phosphagene bezeichnet werden:

• Adenosintriphosphat (ATP) beliefert als kleiner Energiespeicher direkt die energiebenötigenden Reaktionen.
• Kreatinphosphat (KP) als größerer Energiespeicher füllt die ATP-Speicher wieder auf.

Kreatinphosphat (KP), das richtigerweise Phosphatkreatin (PCr) heißt, ist im Muskel mit 15-20 mmol/kg Muskelfeuchtgewicht vorhanden und somit ungefähr drei- bis viermal höher konzentriert als ATP. Hierdurch ist eine größere Zahl der Kontraktionen aus der sofort verfügbaren Energie möglich. Mit dem frei verfügbaren KP im Muskel sind maximale Muskelkontraktionen über fünf bis sechs Sekunden durchführbar. Das ATP besteht aus Adenosin gekoppelt mit drei untereinander verbundenen Phosphatgruppen und die muskuläre Konzentration liegt bei 5 mmol/kg Muskelfeuchtgewicht. Diese Konzentration ermöglicht maximal drei bis vier Muskelkontraktionen, woraus eine maximale Belastungsdauer von ein bis zwei Sekunden resultiert. In der Addition der beiden Speicher ist somit eine ungefähre maximale Arbeitsdauer von sechs bis acht Sekunden möglich und demnach muss das ATP fortlaufend resynthetisiert werden. Die Resynthetisierung erfolgt aus:

• Kreatinphosphat = anaerobe alaktazide Resynthese (ohne Sauerstoff und ohne Laktatbildung)
• einer anaeroben Oxidation = anaerobe laktazide Resynthese (ohne Sauerstoff mit Laktatbildung)
• einer aeroben Oxidation = aerobe Resynthese (mit Sauerstoff)

Die ATP-Konzentration erfährt selbst nach maximalen Kontraktionen keine ausgeprägte Abnahme, nur wenn die Aktivität des Enzyms Kreatinkinase gehemmt wird. Die Kreatinkinase (CPK) ist ein Enzym im Sarkoplasma und ermöglicht die schnelle Übertragung einer energiereichen Phosphatgruppe des KP auf das ADP, wobei ATP gebildet wird (Kreatinphosphat + ADP + H⁺ = Kreatin + ATP).

Bereits während der Kontraktion erfolgt eine sehr schnelle ATP-Resynthese aus KP und ADP im Muskel, die bei dynamischer Arbeit über einen längeren Zeitraum konstant bleibt. Erst mit zunehmender Dauer und steigender Belastung nimmt die KP-Konzentration stark ab. Die Kreatinkinase-Reaktion ist reversibel, das heißt, dass in der Erholungsphase das angehäufte Kreatin mit dem ATP wieder zu Kreatinphosphat und ADP resynthetisiert wird.